1.一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:包括boost电路控制和光伏并网逆变器控制两部分,其中boost变换器采用基于前级dc/dc变换器的mppt控制;光伏并网逆变器采用标准三阶模型的vsg控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:所述boost变换器采用基于前级dc/dc变换器的mppt控制,boost变换器根据光伏电池输出电压电流检测,通过mppt控制算法得出调节光伏电池工作点的电压指令uerf,将uref与光伏电池输出电压的采样值upv相减,经过pi调节器进行boost变换器的输入电压闭环控制,实现光伏电池的mppt控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:所述boost变换器的输出功率因环境的变化而不断变化,控制系统设计时,后级网侧变流器直流电压外环的控制响应快于前级boost变换器的mppt控制响应。
4.根据权利要求1所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:所述光伏并网逆变器采用标准三阶模型的vsg控制,是指根据同步发电机的转子运动方程及暂态电压方程建立标准三阶模型,用以模拟同步发电机的励磁器及调速器,增加光伏机组并网的惯量特性和阻尼特性,摆脱并网运行常用的pll控制。
5.根据权利要求1所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:所述光伏并网逆变器控制采用标准三阶模型的虚拟同步发电机vsg控制,包括电磁模型的励磁器、机械模型的调频器以及内环控制器;励磁器控制虚拟同步发电机输出的电压幅值,调频器控制输出有功功率及输出电压角频率,内环控制器通过对逆变器内部动态特性进行建模实现控制快速性并限制故障电流。
6.根据权利要求5所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:所述励磁器的励磁环根据同步发电机的暂态电压方程进行设计,通过并网点电压参考值与实际值之差的反馈环节,来修正电压跌落后稳定值时与初始值的偏差,模拟同步发电机外端口的调压特性,为系统提供电压惯性支撑。
7.根据权利要求5所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:所述调频器分为主动支撑控制环节和频率恢复环节两部分,主动支撑控制环节模拟同步发电机的转子运动方程,为系统提供必要的惯量和阻尼支撑;频率恢复环节模拟同步发电机的一次调频特性,提高电力系统的频率稳定支撑能力;
主动支撑控制环节在系统负荷突增瞬间降低系统频率变化率,同时延缓频率降低的速度,抑制频率震荡,起到惯量支撑作用;同时主动支撑控制摆脱了并网逆变器使用pll锁相环,使逆变器内部控制不依附于电网频率变化而变化;
频率恢复环节模拟有功-频率下垂特性,形成了频率实际值与参考值之差的频率反馈环用以修正频率跌落的同时为系统提供调频支撑的部分功率,功率支撑效果的强弱由频率波动幅值大小下垂系数的设置决定,模拟同步发电机的一次调频环节对系统的频率进行有差调节。
8.根据权利要求5所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:内环控制器采用基于dq解耦的电压电流双闭环控制结构,分为电压外环和电流内环,采用pi控制器来调节滤波电容电压,并得到电流参考值,从而将光伏并网逆变器等效成电压源型的虚拟同步发电机。
9.根据权利要求1-8之一所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:所述方法包含采用脉冲调制的三相桥臂和用以消除电压纹波的lcl滤波器,将滤波电容输出侧视为同步发电机的端口特性,通过控制滤波电容电压来模拟同步发电机外特性;
所述并网逆变器模拟同步发电机是在其控制算法中引入同步发电机模型,首先建立同步发电机模型,模拟同步发电机为隐极式同步发电机,隐极式同步发电机的定子电感值为常值;模拟的同步发电机转子极对数为1,以保证机械角速度等于电气角速度;忽略同步发电机中转子的铁芯磁饱和问题及涡流损耗;隐极式同步发电机绕组等效结构,if参考方向,定、转子间互感由转子角决定;
根据牛顿第二运动定理可知,同步发电机的转子运动方程为:
其中,pm为同步发电机的机械功率;pe为同步发电机的电磁功率;j为转动惯量;d为阻尼系数;ω0为电网同步角速度;ω为同步发电机的机械角速度,d为微分符号,t为任意时间,考虑极对数为1的情况下,机械角速度等于电气角速度;
由上式可知,电网频率发生变化时,发电机转子的输出功率为
当电网频率下降时,同步发电机向外输出有功功率,当频率上升时,同步发电机将吸收有功功率;为模拟同步发电机的转子惯性,虚拟惯量的功率指令pinertia为:
由上式可看出,有功功率指令与电网的频率和频率变化率之积成正比,显然,当电网频率从额定值变化至另一稳态值后,并网逆变器的输出功率为0;为了模拟系统一次调频特性,虚拟一次调频的功率指令pdroop为:
上式中:km为下垂系数,ω为机械角速度,ωref为机械角速度参考值;
为了模拟转子惯性特性及一次调频控制特性,并网逆变器的输出有功功率指令pref为:
pref=pinertia+pdroop+p0(4)
式中p0代表光伏机组经过boost变换器稳定直流侧电压输出的额定功率,pinertia为虚拟惯量的功率指令,pref为并网逆变器的输出有功功率指令。
10.根据权利要求1-8之一所述的一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法,其特征是:所述vsg的有功—频率控制是模拟同步发电机的调频器,用以表征有功功率和系统频率的下垂特性,有功-频率控制通过检测功率差δp来控制虚拟机械转矩输出而调节频率,采用vsg阻尼系数来描述频率发生单位变化时的输出功率变化量,电磁转矩tm和机械转矩te之差使得转子角速度变化,改变输出相位θ,用于上层调速器控制和底层电压电流控制的坐标变换,摆脱用pll锁相环测量系统中abc坐标系与dq坐标系的相位,使得逆变器控制不依附于网络动态频率的变化而变化;
所述主动支撑控制环节在系统负荷突增瞬间降低系统频率变化率,同时延缓频率降低的速度;频率恢复环节模拟有功-频率下垂特性,形成频率实际值与参考值之差的频率反馈环,用以修正频率跌落的同时为系统提供调频支撑的部分功率,功率支撑效果的强弱由频率波动幅值大小以及下垂系数的设置决定,模拟同步发电机的一次调频环节对系统的频率进行有差调节;
所述励磁环根据同步发电机的暂态电压方程进行设计:
上式中:td0′为同步发电机励磁绕组的时间常数,eq′为暂态电动势,efq为强制空载电动势,id为直轴电流分量,xd为直轴同步电抗,xd′为直轴瞬变电抗;
所述内环控制器,对于闭环控制的vsg,其闭环输出阻抗由其开环输出阻抗和闭环参数共同决定,虚拟定子绕组环节调整逆变器的输出阻抗,解决线路阻抗中阻性成分带来的功率耦合问题,满足虚拟同步发电机的功率解耦条件;
其中r、x表示虚拟定子绕组的电阻值及电感值,id为直轴电流分量,iq为交轴电流分量,edref直轴内电势参考值,eqref为交轴内电势参考值,ed_ref为直轴外电势参考值,eq_ref为直轴外电势参考值;虚拟定子绕组能减弱线路参数对下垂特性的影响;
同时,虚拟定子绕组的设置能够实现并联逆变器间环流和故障电流的限制;
内环控制器采用基于dq解耦的电压电流双闭环控制结构,分为电压外环和电流内环;在电压环中,采用pi控制器来调节滤波电容电压,并得到电流参考值;
其中
电流环通过pi控制器调节滤波电感电流,如下
其中vgd是网侧电压参考值,ilq是q轴电流实际值,ild是d轴电流实际值,kp1是比例系数,ud是逆变器出口d轴电压参考值,uq是逆变器出口q轴参考值,c为滤波电容;
为防止暂态时的过电流损害设备,限制电流参考值